книги из ГПНТБ / Хорошев Г.А. Шум судовых систем вентиляции и кондиционирования воздуха

10

сторонним всасыванием, что можно объяснить пониженными аэро­ динамическими нагрузками на лопатки рабочего колеса.

На судах иностранной постройки в кондиционерах встречаются

с лопатками, загнутыми назад, имеют более благоприятные аку­ стические характеристики.

Спектрограмма воздушного шума центробежных вентиляторов состоит из сплошной части и отдельных дискретных составляющих, превышающих на 5—15 дБ сплошной спектр. Типичная спектро­ грамма воздушного шума центробежного вентилятора показана на

L J S

Рис. 4. Типичная спектрограмма воздушного шума центробежного вентилятора.

рис. 4. Сплошную часть спектра составляет воздушный шум от вихревых систем и отдельных вихрей, образующихся в проточных каналах вентилятора, главным образом при обтекании лопаток ра­ бочего колеса. Существенное влияние на интенсивность и размер вихрей, а следовательно, на уровень и частоту шума оказывает начальная турбулентность потока на входе в рабочее колесо. Дис­ кретные составляющие воздушного шума в одноступенчатых цент­ робежных вентиляторах без направляющих и спрямляющих аппа­ ратов возникают в результате взаимодействия неравномерного по скорости в выходном сечении рабочего колеса потока с языком отводного канала (улитки). Эта составляющая шума может быть названа шумом от неоднородности потока.

Интенсивность составляющей шума от неоднородности потока,

в значительной степени зависит от величины зазора между рабо­ чим колесом и языком улитки. В настоящее время для устранения этой составляющей шума, резко снижающей комфортные условия на судах в силу своего высокого раздражающего воздействия на

И

Ю. И. Петровым и Г. А. Хорошевым [50, 69] разработан новый способ (см. гл. V) снижения шума от неоднородности потока с применением так называемых косых языков. В этом случае зазор между рабочим колесом и языком улитки можно принимать сколь угодно малым, сохраняя при этом полное давление и к, п. д. Шум вокруг электровентилятора может также определяться и шумом электродвигателя («магнитный» шум, шум встроенного в двига­ тель охладительного вентилятора, шум щеточных устройств), шумом, вызванным вибрацией стенок кожуха вентилятора от пуль­ сации давления внутри него, или вибрациями, распространяющи­ мися от электродвигателя и т. п.

Как показали исследования С. Я. Новожилова, у низконапорных вентиляторов (#<200 кгс/м2) шум вокруг вентилятора опреде­ ляется шумом его электродвигателя, у всех остальных вентилято­ ров он определяется исключительно аэродинамическим шумом са­ мого вентилятора.

Все средства борьбы с шумом вентиляторов можно подразде­ лить на две основные группы:

— акустические средства (глушители шума, звукоизолирующие выгородки и т. п.);

— средства снижения шума в источнике его возникновения (в элементах проточных каналов вентилятора).

Средства первой группы (см. гл. VI) в большинстве случаев обеспечивают необходимое снижение шума в помещениях судна, но имеют значительные габариты и массы.

Средства второй группы до последнего времени были недоста­ точно изучены. Существовавшие ранее представления об источниках шума, а также полуэмпирические зависимости шума от основных параметров вентиляторов не позволяли найти эффективные сред­ ства его снижения в источнике возникновения. Применение новей­ ших методов исследования потока в проточных каналах вентиля­ торов (исследование плоских неподвижных решеток профилей, структуры турбулентного потока и т. д.) позволили разработать оригинальные методы снижения шума (см. гл. IV).

§3. Воздушный шум осевых вентиляторов

Всудовых системах вентиляции и кондиционирования воздуха осевые вентиляторы применяются значительно реже, чем центро­ бежные. Это объясняется невозможностью создания в одной сту­ пени вентилятора необходимых давлений для работы высокоско­ ростных систем кондиционирования воздуха. Однако в тех случаях, когда по условиям компоновки оборудования в кондиционере тре­ буется сохранить осевое направление потока, а система имеет общее сопротивление не более 100 кгс/м2, можно применять осевые вентиляторы. Они незаменимы в локальных воздухоохладительных установках, сопротивление воздушного тракта которых состоит из сопротивления только воздухоохладительных батарей.

12

Спектрограмма воздушного шума осевого вентилятора, как и центробежного, состоит из сплошной части и отдельных дискретных составляющих (рис. 5).

Физическая картина образования сплошной части спектра шума (вихревой шум) аналогична картине, наблюдаемой у центробеж­ ных вентиляторов. Основным источником вихревого шума в осевых вентиляторах, отличающихся обычно от центробежных хорошо организованным потоком в решетках профилей и практически без­ отрывным их обтеканием, являются пульсации давления (подъем­ ной силы) на лопатках, связанные со сходом вихрей с задней кромки. Появление дискретных составляющих в спектре шума осе-

Рис. 5. Спектрограммы воздушного шума осевого вентилятора при различной производительности.

1— Q= ®НОМ’ 2 —Q> Qном"’ 3 —Q< ^НОМ'

Qjiom = 6000 м8/ч; Н = 50 кгс/м*; п = 1500 об/мин.

вых вентиляторов обусловлено в основном двумя причинами. Вопервых, вытеснением некоторого объема воздуха вращающимися лопатками — так называемый шум вращения [12]. Е. Я. Юдин [73] показал, что шум вращения обычно наблюдается у осевых венти­ ляторов с малым числом лопастей (г = 3-^5). У вентиляторов с гу­

стотой решеток — >>0,5 уровень дискретных составляющих шума

в полосах 7 з или пол-октавы не превышает уровня сплошной части спектра. Во-вторых, появление дискретных составляющих опреде­ ляется взаимодействием статора и ротора. Интенсивность этого шума и его частота зависят от соотношения числа лопаток рабо­ чего колеса и спрямляющего аппарата, а также величины зазора между ними. Излучение шума в этом случае связано с тем, что лопатки рабочего колеса или спрямляющего аппарата периоди­ чески попадают в зону аэродинамического следа, в котором на­ правление и величина скорости потока воздуха существенно отли­ чаются от направления и величины скорости в основном потоке. Лопатки обтекаются нестационарным потоком, а периодическое изменение силы, действующей на каждую лопатку, порождает

13

звуковой импульс, основная частота которого соответствует лопаст­ ной частоте и ее гармоникам. Описанная картина излучения шума при взаимодействии решеток справедлива для величин зазоров между ними, меньших хорды b лопасти

При — £>1, т, е. изолированных колесах, на лопастной частоте мо­

жет излучаться лишь звук вращения.

Исследования В. И. Зинченко [30] показали, что зазор между направляющим аппаратом (НА) и рабочим колесом (РК) оказы­ вает меньшее влияние на процесс образования дискретных со­ ставляющих шума от неоднородности потока. У судовых односту­ пенчатых осевых вентиляторов направляющие аппараты обычно отсутствуют или имеют достаточно большой зазор между НА и РК, в силу чего этот источник шума не имеет решающего значения. Существенное влияние на уровень шума на лопастной частоте, ее гармониках и боковых частотах оказывает взаимодействие РКиНА.

Акустические характеристики судовых осевых вентиляторов в значительной степени зависят от их производительности. При уменьшении производительности (Q <Q Hom) наблюдается резкое повышение шума вентилятора. Это объясняется наступлением от­ рывного обтекания решетки профилей рабочего колеса вентиля­

ляющих (до 500 Гц). При работе вентиляторов в области повышен­ ной производительности (Q >Q Hom) наблюдается увеличение уровня шума на высоких частотах (/>1 кГц) на 5—7 дБ и резкое увели­ чение дискретной составляющей шума вращения.

Несмотря на то что источники шума в осевых и центробежных вентиляторах одни и те же, их роль в образовании шума этих машин различна, в силу чего различен и спектральный состав их шума. У осевых вентиляторов спектр шума имеет равномерный характер с небольшим понижением в области высоких (более 1 кГц) частот. У центробежных вентиляторов спектр шума в боль­ шинстве случаев имеет максимум в области средних (до 1000 Гц) звуковых частот и резко снижается на высоких (более 5 кГц) ча­ стотах. Немаловажным фактором, влияющим на характер спектра шума вентиляторов, является размер входного патрубка. Чем больше размер патрубка вентилятора, тем меньшее сопротивление он оказывает излучению шума низких и средних частот. Иными словами, низшая граничная частота излучаемого через отверстие шума пропорциональна диаметру этого отверстия. С учетом того, что при одинаковом расходе размер входного патрубка осевых вен­ тиляторов всегда больше, чем у центробежных, первые излучают более интенсивный низкочастотный шум, чем это следовало бы ожи­ дать из анализа основных источников шума. У центробежных вен­ тиляторов в отличие от осевых не наблюдается сколько-нибудь су­

14

щественной зависимости уровня шума от режима работы. Это можно объяснить одинаково неудовлетворительными отрывными условиями обтекания лопаток на всех режимах работы венти­ лятора.

Уровень шума вокруг осевого вентилятора определяется в ос­ новном теми же источниками шума, что и у центробежного. При­ менение многоступенчатых вентиляторов с уменьшенной нагрузкой на одну ступень, а следовательно, на каждую лопатку, также при­ водит к уменьшению шума вентиляторов на 3—5 дБ. Однако кон­ струкции таких вентиляторов сложны и малонадежны и поэтому не находят применения в системах вентиляции и кондиционирова­ ния воздуха. Методы борьбы с шумом осевых и центробежных вен­ тиляторов в основном общие, они подробно описаны в гл. Ill и IV.

§ 4. Шум центральных, групповых и автономных кондиционеров

Основным источником шума в кондиционере служит встроенный в него вентилятор. Вследствие особенностей компоновки конди­ ционеров их корпуса являются, по существу, звукоизолирующими

Рис. 6. Спектрограмма воздушного шума увлажнителя УВП.

/ — без глушителя шума; 2 — с глушителем шума.

кожухами по отношению к шуму вентиляторов. В связи с этим кор­ пуса судовых кондиционеров изготовляют обычно так же, как и звукоизолирующие кожухи механизмов. Внутренние поверхности корпуса кондиционера облицовывают звукопоглощающими материа­ лами. Слой звукопоглотителя при этом играет роль и теплоизоля­ ции. Чаще всего в качестве звукопоглощающих облицовок приме­ няют маты марки ВТ-4 из штапельного капронового волокна и эластичный полиуретановый поропласт. От выдувания и механиче­ ских повреждений звукопоглощающие облицовки из волокнистых материалов защищают перфорированными металлическими листами толщиной примерно 1 мм. Стенки корпуса кондиционера выпол­ няют из стальных или алюминиевых листов, толщину которых

15

Для снижения уровней аэродинамического шума, излучаемого вентилятором кондиционера в систему, все металлические поверх­ ности, образующие его воздушный тракт, облицовывают звукопо­ глощающими материалами. Кроме того, в некоторых случаях воз­ душный тракт кондиционера выполняют в виде расширительной камеры, что повышает эффект шумоглушения в области низких частот за счет работы такой камеры, как реактивный глушитель.

Внедрение указанных мер в практику компоновки воздушных трактов судовых кондиционеров привело к снижению шума на их нагнетании до 60—80 дБ при соответствующих уровнях у вентиля­ торов 85—105 дБ. Шумовые характеристики ряда судовых конди­ ционеров приведены в табл. 2. Дальнейшее снижение шума на вса­ сывании и нагнетании центральных и групповых кондиционеров может быть достигнуто установкой в системах путевых глушителей шума.

§ 5. Шум путевой арматуры и теплотехнического оборудования

Судовые системы вентиляции и кондиционирования воздуха обычно сильно насыщены различной путевой арматурой и разно­ образным теплотехническим оборудованием (дроссельные за­ слонки, задвижки и захлопки, элиминаторы и сепараторы, а также воздухоохладители и нагреватели). Все они представляют для по­ тока определенные гидравлические сопротивления, прохождение воздуха через которые сопровождается интенсивным вихреобразованием, а следовательно, и шумоизлучением.

Уровень звуковой мощности шума, возникающего при прохож­ дении воздуха через арматуру, зависит прежде всего от скорости потока перед ней. На рис. 7 приведены спектрограммы шума, воз­ никающего на выходе из воздухоохладителя марки ОВПЧ с угло­ вым сепаратором при различных скоростях набегающего потока. Как видно из рисунка, увеличение скорости приводит к росту уровня шума, особенно в области средних и высоких звуковых ча­ стот. Уровень зуковой мощности зависит также от площади и формы проходного сечения, коэффициента местного сопротивления и параметров среды. Е. Я- Юдин [73] установил, что общий уровень звуковой мощности Р шума арматуры пропорционален шестой степени скорости потока воздуха. Позднее [75] было установлено, что в системах с малой протяженностью возникают тональные со­ ставляющие шума, звуковая мощность которых пропорциональна четвертой степени скорости потока. Такие тональные составляющие в случае достаточно протяженных систем (при длине воздухопро­ вода более 6 м) приходятся на область инфразвуковых частот, и их основная частота не прослушивается. Исследования шумовых характеристик арматуры судовых систем вентиляции и кондициони­ рования воздуха, выполненные Н. Ф. Егоровым и М. В. Обуховым, показали, что при оценке шума арматуры в октавных полосах ча­ стот показатель степени при характерной скорости ѵ (в качестве которой принимали скорость набегающего потока) зависит от ча-

18

/ — расчет; 2 — результаты измерений.

19

стоты [24]. Значения показателя, близкие шести, имеют место только в области высоких частот. На низких частотах этот показа­ тель составляет 2,5—3,0. Указанная зависимость была использо­ вана при разработке методики акустического расчета судовых си­ стем вентиляции и кондиционирования воздуха. Сопоставление рассчитанных по этой методике и измеренных шумовых характери­ стик путевой и воздухораспределительной арматуры показало вполне удовлетворительное их совпадение (рис. 8).

Теплообменные аппараты систем вентиляции представляют со­ бой набор цилиндрических стержней, отрывное обтекание которых

Рис. 9. Шумовые характеристики приточного трой­ ника (при скорости потока 30 м/с) и центробежного

ответвления 45° (площади ответвляющихся каналов равны,

(шум на всасывании).

обусловливает шумообразование. Однако в связи с тем, что в теп­ лообменниках имеется большое число цилиндров, струхалевская частота и ее гармоники в спектре шума таких аппаратов в явном виде не проявляются, особенно при октавном анализе шума.

Наряду с арматурой и теплотехническим оборудованием в си­ стемах вентиляции и кондиционирования воздуха источниками шума являются фасонные элементы воздухопроводов (повороты, тройники и т. п.). Из представленных на рис. 9 данных видно, что в области низких частот шум, возникающий в приточном тройнике при скорости потока 30 м/с, несколько превышает шум вентиля­ тора с небольшими параметрами Q и Н при равенстве общих уровней.

В связи с тем что интенсивность шума, возникающего в арма­ туре и других элементах систем, зависит от скорости 'движения

20